CN111872515B - 一种焊接工件的全位姿变换系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种焊接工件的全位姿变换系统，包括机架；第一转轴，水平设置，转动连接于机架；第一驱动装置，固接于机架，与第一转轴连接，驱动第一转轴旋转；翻转台，固接于第一转轴；第二转轴，转动连接于翻转台，与翻转台台面垂直；第二驱动装置，固接于翻转台，与第二转轴连接，驱动第二转轴旋转；安装板，用于安装焊接工件，固接于第二转轴。通过翻转台的摆动和安装板的转动，能够变换焊接工件的不同位置与位姿，为焊接机器人提供全方位的焊接位置，满足焊接工件在不同焊接情形下的位置和位姿要求，使得K‑TIG焊接试验能够从水平位置焊接推广到横焊、立焊位置，并且可以在焊接过程中改变位姿，达到使用平面板材模拟球罐全位置焊接的效果。

Description

一种焊接工件的全位姿变换系统

技术领域

本发明涉及材料焊接技术领域，特别是涉及一种焊接工件的全位姿变换系统。

背景技术

锁孔深熔TIG焊(K-TIG焊)是一种在焊接过程中利用锁孔(keyhole)效应实现大熔深的新型高效焊接方法，可以实现不开坡口一道焊透、单面焊双面成型并且双面焊缝成形好，焊接质量高，在中厚板材的焊接场景中有着很大的应用前景。但是为了维系锁孔的稳定需要表面张力、电弧压力与重力之间实现平衡，暂时仅在平焊和类平焊位置有稳定的应用且因焊枪较大及对钨针至工件表面距离的控制要求较高，一般用于自动焊接。

现有技术公开了一种焊接工作站用翻转变位机，由地基基座、提升机构、翻转夹具、焊机机器人组成，其中提升机构和翻转夹具之间通过铰链连接，提升机构上升或者下降带动翻转夹具翻转，将焊接工件不同位置处的焊缝提供给焊接机器人。但其结构较为复杂，只能在0～90°内翻转，无法提供更多的焊接工件位置与位姿，用户体验不佳。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种焊接工件的全位姿变换系统，能够在三维角度上变换焊接工件的不同位置与位姿，为焊接机器人提供更多的焊接位置，用户体验较好。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种焊接工件的全位姿变换系统，包括

机架；

第一转轴，水平设置，转动连接于机架；

第一驱动装置，固接于机架，与第一转轴连接，驱动第一转轴旋转；

翻转台，固接于第一转轴；

第二转轴，转动连接于翻转台，与翻转台台面垂直；

第二驱动装置，固接于翻转台，与第二转轴连接，驱动第二转轴旋转；

安装板，用于安装焊接工件，固接于第二转轴。

进一步，第一驱动装置包括第一电机和第一减速箱，第一减速箱的输入端与第一电机的电机轴连接，第一减速箱的输出端与第一转轴一端连接。

进一步，第二驱动装置包括第二电机和第二减速箱，第二减速箱的输入端与第二电机的电机轴连接，第二减速箱的输出端与第二转轴一端连接。

进一步，翻转台与安装板之间设有台板，台板固接于第二转轴，台板与安装板之间设有支柱，支柱两端分别连接于台板与安装板，台板上设有摄像头，安装板中部设有第一通孔，摄像头朝向第一通孔布置。

进一步，摄像头滑动连接于台板。

进一步，摄像头连接有角度转换装置，角度转换装置滑动连接于台板。

进一步，角度转换装置包括第一手动角位台和第二手动角位台，第一手动角位台滑动连接于台板，第二手动角位台下端固接于第一手动角位台上端，第一手动角位台和第二手动角位台交错布置，摄像头固接于第二手动角位台上端。

进一步，机架包括竖直设置的第一支架和第二支架，翻转台下方设有第一横支架和第二横支架，第一横支架设于第二横支架一侧，第一横支架平行于第二横支架，第一支架与第二支架通过第一横支架和第二横支架连接固定。

进一步，安装板上设有对中装置，对中装置包括

正反牙丝杠，设有底座、螺杆、第一螺母和第二螺母，底座的两端分别卡接于安装板两端，螺杆转动连接于底座，螺杆包括设有正螺纹的第一螺纹段和设有反螺纹的第二螺纹段，第一螺母螺纹连接于第一螺纹段，第二螺母螺纹连接于第二螺纹段；

直线导轨，设于螺杆一侧，固接于底座，与螺杆平行；

第一滑块，滑动连接于直线导轨，与第一螺母外壁固接；

第二滑块，滑动连接于直线导轨，与第二螺母外壁固接；

手轮，固接于螺杆；

夹具，滑动连接于安装板，设有夹钳和固定装置，固定装置用于将夹具固定于安装板，夹钳用于固定焊接工件；

其中，手轮沿第一转动方向转动时，驱动螺杆上的第一螺母和第二螺母同时相向移动，手轮沿第二转动方向转动时，驱动螺杆上的第一螺母和第二螺母同时背向移动，第一转动方向与第二转动方向的方向相反。

进一步，底座两端分别设有卡槽，安装板外周设有骨架，卡槽宽度与骨架宽度匹配，卡槽卡接于骨架。

总的说来，本发明具有如下优点：

第一驱动装置驱动第一转轴旋转时，翻转台绕第一转轴转动，第二驱动装置驱动第二转轴旋转时，安装板绕第二转轴转动。通过翻转台大幅度的摆动和安装板的转动，能够在三维角度上变换焊接工件的不同位置与位姿，为焊接机器人提供全方位的焊接位置，满足不同实验情况下焊接工件的位置和位姿要求，使得K-TIG焊接试验能够从水平位置或近水平位置焊接推广到横焊、立焊位置，并且可以在焊接过程中改变位姿，达到使用平面板材模拟球罐全位置焊接的效果。

附图说明

图1为本发明实施例的立体结构示意图；

图2为本发明实施例另一状态下的立体结构示意图(正反牙丝杠和摄像头未安装)；

图3为本发明实施例的摄像头、第一手动角位台和第二手动角位台的立体结构示意图。

图4为本发明实施例的机架、翻转台和台板的立体结构示意图。

图5为正反牙丝杠的立体结构示意图。

附图标记说明：

11——第一支架、12——第二支架、13——第一横支架、14——第二横支架；

21——翻转台、22——台板；

31——第一电机、32——第一减速箱；

41——第二电机、42——第二减速箱；

51——第一手动角位台、52——第二手动角位台、53——卡板、54——摄像头；

61——安装板、62——底板；

7——正反牙丝杠、71——第一螺母、72——第二螺母、73——螺杆、74——底座；

81——第一滑块、82——第二滑块、83——直线导轨、84——手轮；

91——夹具、92——焊接工件。

具体实施方式

下面来对本发明做进一步详细的说明。

如图1～图5所示，一种焊接工件的全位姿变换系统，包括机架；第一转轴，水平设置，转动连接于机架；第一驱动装置，固接于机架，与第一转轴连接，驱动第一转轴旋转；翻转台21，固接于第一转轴；第二转轴，转动连接于翻转台21，与翻转台21台面垂直；第二驱动装置，固接于翻转台21，与第二转轴连接，驱动第二转轴旋转；安装板61，用于安装焊接工件92，固接于第二转轴。

第一驱动装置驱动第一转轴旋转时，翻转台21绕第一转轴转动，第二驱动装置驱动第二转轴旋转时，安装板61绕第二转轴转动。通过翻转台21大幅度的摆动和安装板61的转动，能够在三维角度上变换焊接工件92的不同位置与位姿，为焊接机器人提供全方位的焊接位置，满足不同焊接工件92在不同焊接情形下的位置和位姿要求，使得K-TIG焊接试验能够从水平位置或近水平位置焊接推广到横焊、立焊位置，并且可以在焊接过程中改变位姿，达到使用平面板材模拟球罐全位置焊接的效果。

第一驱动装置包括第一电机31和第一减速箱32，第一减速箱32的输入端与第一电机31的电机轴连接，第一减速箱32的输出端与第一转轴一端连接。

第二驱动装置包括第二电机41和第二减速箱42，第二减速箱42的输入端与第二电机41的电机轴连接，第二减速箱42的输出端与第二转轴一端连接。

具体地，第一减速箱32和第二减速箱42均选用蜗轮蜗杆减速器，在精度要求不高的情况下，蜗轮蜗杆减速器提供了一定的自锁性和比较大的减速比，使翻转台21和安装板61能够保持停留在任意角度方便焊接，同时具有比较良好的经济性。

翻转台21与安装板61之间设有台板22，台板22固接于第二转轴，台板22与安装板61之间设有支柱，支柱两端分别连接于台板22与安装板61，台板22上设有摄像头54，安装板61中部设有第一通孔，摄像头54朝向第一通孔布置。

K-TIG焊接是穿孔焊，在安装板61中部设置第一通孔，方便对焊接工件92进行K-TIG焊接。为了实现K-TIG的全位置焊接，对不同焊接位姿下的锁孔、熔池形态和接头性能进行更加深入的研究，在安装板61下方设置摄像头54，通过摄像头54能够对焊接工件92上形成的锁孔和熔池形态进行更加细致的观察与研究。

摄像头54滑动连接于台板22。

通过在台板22上滑动，摄像头54能够调整不同观察位置，有利于更好地观察焊接工件92上形成的锁孔和熔池形态，研究锁孔形成和维系的机理。

具体地，安装板61设于一个长方体结构上。安装板61为长方体的面板，采用金属制作，以在焊接时连通焊接工件92电路。长方体的底板62固接于台板22。长方体底板62与底板62四周的骨架通过加厚角码加强连接。长方体能够跟随台板22转动。摄像头54设于长方体内。

台板22上设有卡板53，卡板53卡接于台板22。卡板53上设有滑轨，摄像头54能够在滑轨上滑动。

摄像头54连接有角度转换装置，角度转换装置滑动连接于台板22。

通过角度转换装置，摄像头54能够获得更好的观察角度。

角度转换装置包括第一手动角位台51和第二手动角位台52，第一手动角位台51滑动连接于台板22，第二手动角位台52下端固接于第一手动角位台51上端，第一手动角位台51和第二手动角位台52交错布置，摄像头54固接于第二手动角位台52上端。

具体地，第一手动角位台51固接于卡板53上。第二手动角位台52设于第一手动角位台51上。第一手动角位台51和第二手动角位台52错位90度布置。通过第一手动角位台51和第二手动角位台52的调节，以及在第一手动角位台51和第二手动角位台52增加适当的垫片，可以使摄像头54获得更多的观察位置与观察角度。

机架包括竖直设置的第一支架11和第二支架12，翻转台21下方设有第一横支架13和第二横支架14，第一横支架13设于第二横支架14一侧，第一横支架13平行于第二横支架14，第一支架11与第二支架12通过第一横支架13和第二横支架14连接固定。

具体地，第一转轴穿设于翻转台21，第一转轴两端分别转动连接于第一支架11和第二支架12。第一横支架13的两端和第二横支架14的两端均分别连接于第一支架11和第二支架12。第一横支架13和第二横支架14不仅用于连接固定第一支架11和第二支架12，而且还起到限制翻转台21翻转角度的作用。

安装板61上设有对中装置，对中装置包括正反牙丝杠7，正反牙丝杠7设有底座74、螺杆73、第一螺母71和第二螺母72，底座74的两端分别卡接于安装板61两端，螺杆73转动连接于底座74，螺杆73包括设有正螺纹的第一螺纹段和设有反螺纹的第二螺纹段，第一螺母71螺纹连接于第一螺纹段，第二螺母72螺纹连接于第二螺纹段；直线导轨83，设于螺杆73一侧，固接于底座74，与螺杆73平行；第一滑块81，滑动连接于直线导轨83，与第一螺母71外壁固接；第二滑块82，滑动连接于直线导轨83，与第二螺母72外壁固接；手轮84，固接于螺杆73；夹具91，滑动连接于安装板61，设有夹钳和固定装置，固定装置用于将夹具91固定于安装板61，夹钳用于固定焊接工件92；其中，手轮84沿第一转动方向转动时，驱动螺杆73上的第一螺母71和第二螺母72同时相向移动，手轮84沿第二转动方向转动时，驱动螺杆73上的第一螺母71和第二螺母72同时背向移动，第一转动方向与第二转动方向的方向相反。

具体地，底座74设有第二通孔，螺杆73穿设于第二通孔内，能够在第二通孔内转动。第一螺纹段和第二螺纹段的长度分别为螺杆73整个螺纹段的一半。将待焊接的两个焊接工件92放于第一滑块81与第二滑块82之间，沿第一转动方向(比如顺时针方向)转动手轮84，螺杆73也跟着转动。由于直线导轨83与螺杆73平行，第一滑块81与第二滑块82滑动连接于直线导轨83，且分别连接于第一螺母71外壁和第二螺母72外壁，因此螺杆73上的第一螺母71和第二螺母72分别在第一螺纹段和第二螺纹段上相向移动，第一滑块81与第二滑块82在直线导轨83上相向移动过程中，将焊接工件92推向正反牙丝杠7的中部，直到焊接工件92相互抵接，完成焊接工件92的自动对中过程。

自动对中完成后，移动安装板61上的夹具91到焊接工件92旁边，利用夹具91上的夹钳固定好焊接工件92，再通过固定装置将夹具91固定于安装板61，使夹具91与焊接工件92不松动。然后使用外设的控制程序或开关调整第一转轴和第二转轴的角度，进行坐标换算或示教后，使用焊接机器人对焊接工件92进行焊接。在焊接结束后，执行复位指令，使夹具91姿态回到初始位置。

安装板61上设有多个滑槽，夹具91能够在不同滑槽内滑动，能够满足不同宽度的焊接工件92的对中要求。夹具91设有1个或多个夹钳，以适应不同形状的焊接工件92。

固定装置包括螺栓和螺母，通过螺栓穿过夹具91的安装孔和安装板61上的滑槽，再用螺母锁紧，即可将夹具91固定于安装板61。

用夹具91固定好焊接工件92后，沿第二转动方向(比如逆时针方向)转动手轮84，螺杆73也跟着转动，带动第一螺母71和第二螺母72背向移动，从而第一滑块81与第二滑块82松开对焊接工件92的夹紧。此时便可从安装板61上松开底座74，取走正反牙丝杠7。

现有技术中，通常采用在焊接工件92上开定位孔，并利用不同的定位块辅助定位来完成焊接工件92的对中，面对不同尺寸的焊接工件92时，需要重新开定位孔和制作不同的定位块，步骤繁杂，容易出错。在对中完成后，定位块仍然需要和夹具91一起保留在安装板61上才能继续后面的焊接工作，而这些定位块难免对焊接工作造成影响或干涉，用户体验不佳。

本发明实施例将对中定位与夹紧分开，在对中定位完成后可以撤下用于对中定位的正反牙丝杠7，仅保留夹具91夹紧焊接工件92，在保证定位精度和夹紧可靠性的基础上最大程度地简化了结构，节约了成本，避免了焊接过程中可能存在的运动干涉，能够变换焊接工件92位置和位姿，装夹过程简单，在焊接过程中焊接工件92可以能够跟随安装板61移动，焊接干涉小，用户体验较好。

底座74两端分别设有卡槽，安装板61外周设有骨架，卡槽宽度与骨架宽度匹配，卡槽卡接于骨架。

具体地，安装板61四周骨架采用工业型材制作，卡槽宽度与工业型材宽度匹配，能够方便地将正反牙丝杠7固定在安装板61上。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种焊接工件的全位姿变换系统，其特征在于：包括

机架；

第一转轴，水平设置，转动连接于机架；

第一驱动装置，固接于机架，与第一转轴连接，驱动第一转轴旋转；

翻转台，固接于第一转轴；

第二转轴，转动连接于翻转台，与翻转台台面垂直；

第二驱动装置，固接于翻转台，与第二转轴连接，驱动第二转轴旋转；

安装板，用于安装焊接工件，固接于第二转轴；

翻转台与安装板之间设有台板，台板固接于第二转轴，台板与安装板之间设有支柱，支柱两端分别连接于台板与安装板，台板上设有摄像头，安装板中部设有第一通孔，摄像头朝向第一通孔布置；

摄像头连接有角度转换装置，角度转换装置滑动连接于台板；

角度转换装置包括第一手动角位台和第二手动角位台，第一手动角位台滑动连接于台板，第二手动角位台下端固接于第一手动角位台上端，第一手动角位台和第二手动角位台交错布置，摄像头固接于第二手动角位台上端；

安装板上设有对中装置，对中装置包括

正反牙丝杠，设有底座、螺杆、第一螺母和第二螺母，底座的两端分别卡接于安装板两端，螺杆转动连接于底座，螺杆包括设有正螺纹的第一螺纹段和设有反螺纹的第二螺纹段，第一螺母螺纹连接于第一螺纹段，第二螺母螺纹连接于第二螺纹段；

直线导轨，设于螺杆一侧，固接于底座，与螺杆平行；

第一滑块，滑动连接于直线导轨，与第一螺母外壁固接；

第二滑块，滑动连接于直线导轨，与第二螺母外壁固接；

手轮，固接于螺杆；

夹具，滑动连接于安装板，设有夹钳和固定装置，固定装置用于将夹具固定于安装板，夹钳用于固定焊接工件；

其中，手轮沿第一转动方向转动时，驱动螺杆上的第一螺母和第二螺母同时相向移动，手轮沿第二转动方向转动时，驱动螺杆上的第一螺母和第二螺母同时背向移动，第一转动方向与第二转动方向的方向相反；

用夹具固定好焊接工件后，沿第二转动方向转动手轮，螺杆也跟着转动，带动第一螺母和第二螺母背向移动，从而第一滑块与第二滑块松开对焊接工件的夹紧，此时便可从安装板上松开底座，取走正反牙丝杠，仅保留夹具夹紧焊接工件。

2.按照权利要求1所述的一种焊接工件的全位姿变换系统，其特征在于：第一驱动装置包括第一电机和第一减速箱，第一减速箱的输入端与第一电机的电机轴连接，第一减速箱的输出端与第一转轴一端连接。

3.按照权利要求2所述的一种焊接工件的全位姿变换系统，其特征在于：第二驱动装置包括第二电机和第二减速箱，第二减速箱的输入端与第二电机的电机轴连接，第二减速箱的输出端与第二转轴一端连接。

4.按照权利要求1所述的一种焊接工件的全位姿变换系统，其特征在于：摄像头滑动连接于台板。

5.按照权利要求1所述的一种焊接工件的全位姿变换系统，其特征在于：机架包括竖直设置的第一支架和第二支架，翻转台下方设有第一横支架和第二横支架，第一横支架设于第二横支架一侧，第一横支架平行于第二横支架，第一支架与第二支架通过第一横支架和第二横支架连接固定。

6.按照权利要求1所述的一种焊接工件的全位姿变换系统，其特征在于：底座两端分别设有卡槽，安装板外周设有骨架，卡槽宽度与骨架宽度匹配，卡槽卡接于骨架。